無人機(jī)航拍與ArcGIS 在林業(yè)調(diào)查規(guī)劃中的運(yùn)用

江雨瀟，林華晶

（鉛山縣林業(yè)執(zhí)法大隊(duì)，江西 上饒 334500）

林業(yè)調(diào)查規(guī)劃是林業(yè)基礎(chǔ)性工作內(nèi)容之一，主要負(fù)責(zé)調(diào)查林區(qū)的自然及社會(huì)2 方面屬性，并制定統(tǒng)一的林業(yè)發(fā)展規(guī)劃。由于林業(yè)資源管理水平高低不一，加之生態(tài)系統(tǒng)具備多樣化發(fā)展特征，且其發(fā)展過程具有動(dòng)態(tài)屬性，因而林業(yè)資源管理面臨較大難度。在科技高速發(fā)展下，林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)相關(guān)技術(shù)不斷創(chuàng)新優(yōu)化，無人機(jī)航拍技術(shù)的誕生及ArcGIS 地理信息系統(tǒng)軟件的應(yīng)用，可進(jìn)一步降低林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)工作難度，并可有效節(jié)約人工成本，獲取到精準(zhǔn)的林業(yè)信息，可確保林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)工作高質(zhì)效推進(jìn)。

1 案例概況

某國有林場屬于國家十佳林場之一，屬于我國林業(yè)重點(diǎn)龍頭企業(yè)，林場控股集團(tuán)下設(shè)7 家人造板企業(yè)，產(chǎn)能高達(dá)100 萬m3。林場還建有規(guī)劃面積為1.8 萬畝（1畝約等于667 m2）的森林公園。由于林場規(guī)模較大，林區(qū)覆蓋范圍廣泛，以往林業(yè)采用衛(wèi)星遙感與ArcGIS 實(shí)施林業(yè)調(diào)查規(guī)劃時(shí)，由于星遙感影像的信息更新不夠及時(shí)，圖像分辨率相對較低，不具備理想的立體觀察成效，且成像穩(wěn)定性不足，應(yīng)用成本相對較高。加之外業(yè)調(diào)查過程中，山間林區(qū)周邊環(huán)境地形地勢復(fù)雜崎嶇，存在一定的危險(xiǎn)隱患，衛(wèi)星遙感影響實(shí)際調(diào)查定位并不精準(zhǔn)，因而可能導(dǎo)致林業(yè)調(diào)查結(jié)果失真。為此，林場經(jīng)營管理實(shí)踐中，逐步引入了無人機(jī)航拍技術(shù)，并與ArcGIS 技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，用于收集林場各個(gè)方面的信息，為林業(yè)經(jīng)營管理工作的開展產(chǎn)生了有益驅(qū)動(dòng)。

2 無人機(jī)航拍與ArcGIS 技術(shù)結(jié)合

2.1 結(jié)合應(yīng)用原理

為化解衛(wèi)生遙感與ArcGIS 技術(shù)結(jié)合應(yīng)用的弊端，林場引進(jìn)了無人機(jī)航拍技術(shù)。此技術(shù)是指基于無線電遙控、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)共同完成對不載人飛行技術(shù)的遠(yuǎn)程操控，并將攝像頭等拍攝裝置搭載于無人機(jī)之上用于獲取林業(yè)信息。此技術(shù)應(yīng)用過程中，可通過衛(wèi)星定位各類型林業(yè)地貌資源，并可在通信定位技術(shù)支持下獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息[1]，之后可利用Pix4Dmapper 軟件完成影像數(shù)據(jù)拼接處理，并利用軟件完成坐標(biāo)投影轉(zhuǎn)換，進(jìn)而將拼接好的矢量圖導(dǎo)出。將無人機(jī)航拍技術(shù)與ArcGIS 技術(shù)結(jié)合應(yīng)用后，可利用ArcGIS 軟件對航拍影像及地圖2方面數(shù)據(jù)的匹配度進(jìn)行調(diào)整，而后再將實(shí)際控制點(diǎn)或?qū)嶋H調(diào)查范圍輸入其中，可精準(zhǔn)定位控制點(diǎn)坐標(biāo)值，并明確調(diào)查范圍的分類區(qū)劃，可基于正射影像獲取到的矢量數(shù)據(jù)，基于ArcGIS 軟件完成林區(qū)面積測算、植株數(shù)統(tǒng)計(jì)，并計(jì)算出林區(qū)樹木的成活率及保存率，也可精準(zhǔn)確定需補(bǔ)植樹木的區(qū)域[2]。

2.2 結(jié)合應(yīng)用優(yōu)勢

無人機(jī)航拍影像的分辨率極高，與肉眼近地觀測的精度極為相似，且在載荷存在差異或不同類型的業(yè)務(wù)開展中，工作人員可基于以往的調(diào)查經(jīng)驗(yàn)，利用ArcGIS 針對相同區(qū)域內(nèi)的過渡地類進(jìn)行精確判讀，可獲得更高的判讀準(zhǔn)確率。既能提高調(diào)查信息精準(zhǔn)性，也可提高地類識(shí)別精度，后期還可以影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，完成設(shè)計(jì)出圖，可使內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理及外業(yè)調(diào)查人員的工作強(qiáng)度均有不同程度降低。無人機(jī)航拍及ArcGIS 2 種技術(shù)的應(yīng)用方式均較為靈活，并且系統(tǒng)兼容性高且穩(wěn)定性強(qiáng)，相較于傳統(tǒng)調(diào)查方式而言，林業(yè)信息調(diào)查更為便捷與高效，調(diào)查過程現(xiàn)代化程度更高，且調(diào)查過程中的額外損失較小。與此同時(shí)，還可為技術(shù)人員的復(fù)雜性、多元化數(shù)據(jù)對比分析提供支持，能夠?qū)ΜF(xiàn)場獨(dú)特現(xiàn)象進(jìn)行清晰定位與詳細(xì)描述，可以大量數(shù)據(jù)為支持實(shí)現(xiàn)未來林業(yè)發(fā)展的預(yù)測，并能提高工作人員對林業(yè)現(xiàn)場情況掌控的全面性。此后，還可利用ArcGIS 軟件生成圖紙，并向調(diào)查執(zhí)法等監(jiān)督機(jī)構(gòu)傳送高清遙感影像圖，執(zhí)法單位可以此圖為依據(jù)對林間植物遭到破壞的位置精準(zhǔn)定位，并統(tǒng)計(jì)出被破壞程度，進(jìn)而針對性糾正與懲處非法征占林地、違法開荒等行為，還可利用這兩項(xiàng)技術(shù)實(shí)時(shí)調(diào)查整改情況，獲取整改后的矢量數(shù)據(jù)，進(jìn)而在ArcGIS 數(shù)據(jù)庫中完成新數(shù)據(jù)的更新，并統(tǒng)一存儲(chǔ)與管理所收集的數(shù)據(jù)信息[3]。

3 林業(yè)調(diào)查規(guī)劃中無人機(jī)航拍與ArcGIS 的具體應(yīng)用

3.1 在森林資源現(xiàn)狀調(diào)查中的應(yīng)用

在森林資源現(xiàn)狀調(diào)查過程中，該林場應(yīng)用了無人機(jī)航拍與ArcGIS技術(shù)，了解到林場土地總面積共計(jì)3.52萬hm2，并確定了林場土地面積當(dāng)中高峰經(jīng)營管理土地面積總量為2.89 萬hm2。經(jīng)營土地面積當(dāng)中，林地及非林地面積總量分別為2.87 萬hm2與0.02 萬hm2，非經(jīng)營土地面積中林地面積占比為99.2%。經(jīng)營林地當(dāng)中，涵蓋林地、灌木林地、未成林造林地、苗圃地、無立木林地、宜林地及輔助生產(chǎn)林地7 種類型，且逐一確定了各種林業(yè)類型的面積大小，經(jīng)分析得知，林區(qū)總森林覆蓋率為80.3%。同時(shí)，在無人機(jī)航拍及ArcGIS 技術(shù)支持下，測定林場公益林、商業(yè)林面積分別為0.17萬hm2與2.74萬hm2，2 種林地占林地總面積的比重分別為6%與94%[4]。通過獲取到的這些數(shù)據(jù)奠定了林場經(jīng)營管理工作成效評估的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。同時(shí)全面掌握了林區(qū)的基本情況，可為其他工作的高效推進(jìn)提供有力支持。

3.2 在林業(yè)執(zhí)法管理中的應(yīng)用

在林業(yè)執(zhí)法管理方面，無人機(jī)航拍及ArcGIS 技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，具備操作便捷、巡視范圍全面等優(yōu)勢，在無人機(jī)航拍技術(shù)支持下可快捷高效地完成執(zhí)法管理工作。能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并準(zhǔn)確定位非法占地或其他違法行為發(fā)生地，能夠精準(zhǔn)測定林業(yè)破壞程度，為可行性解決對策提出提供了充足的信息依據(jù)，進(jìn)而利于整體提升林業(yè)執(zhí)法管理水平。該林場在無人機(jī)航拍及ArcGIS 技術(shù)支持下，完成了20 多起林業(yè)糾紛案例調(diào)查處理，偵破了700余件違法安全件，并立案偵查了一起刑事案件，共計(jì)收繳約900 m3木材，非法林地回收及違章建筑拆除面積分別為528 hm2與3 hm2。工作中，由于部分林區(qū)存在歷史遺留問題，長時(shí)間被占用，林地回收困難重重。林場在政策宣傳、協(xié)調(diào)溝通的同時(shí)，利用無人機(jī)航拍及ArcGIS技術(shù)展開了現(xiàn)場調(diào)查，確定了被占林地的具體面積、明確了詳細(xì)位置，為現(xiàn)場調(diào)查處理提供了依據(jù)。

3.3 在火災(zāi)監(jiān)測及病蟲害防治中的應(yīng)用

林場森林資源管理過程中，也可基于無人機(jī)航拍及ArcGIS 技術(shù)的支持，通過多種類型傳感器的應(yīng)用，實(shí)時(shí)監(jiān)測火災(zāi)隱患，可快速發(fā)現(xiàn)火情并精準(zhǔn)定位火災(zāi)發(fā)生位置，可為火災(zāi)救援的快速響應(yīng)奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。林場火災(zāi)大面積爆發(fā)會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，且會(huì)對生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展帶來危害。以往應(yīng)用衛(wèi)生遙感及ArcGIS技術(shù)進(jìn)行實(shí)地勘查作業(yè)時(shí)，不僅難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情，且調(diào)查人員面臨一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，人工滅火方式應(yīng)用時(shí)難以在短時(shí)間內(nèi)控制火情。而在無人機(jī)航拍技術(shù)支持下，則可利用其攝像功能拍攝火災(zāi)圖像，進(jìn)而精準(zhǔn)完成火災(zāi)發(fā)生位置的定位，并可將滅火裝置搭載于無人機(jī)之上實(shí)施高空大面積滅火。與此同時(shí)，還可利用ArcGIS 技術(shù)為救援隊(duì)伍快速抵達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場實(shí)施救援提供路線支持。林場在火災(zāi)防治工作實(shí)踐中，配備了滅火器等多類型森林消防裝備，并展開了多次滅火演練，在無人機(jī)航拍及ArcGIS 技術(shù)應(yīng)用下，清理并維修處理的林區(qū)外圍防火線總長度為281 km，應(yīng)用此技術(shù)展開日常防火巡查的一年內(nèi)，未發(fā)生重大森林火災(zāi)。同時(shí)，還有效監(jiān)測了松材線蟲病等重點(diǎn)病蟲害，完成了0.14 萬hm2的病蟲害防治作業(yè)，有效預(yù)防了森林病蟲災(zāi)害的大面積爆發(fā)。

4 林業(yè)調(diào)查規(guī)劃中無人機(jī)航拍與ArcGIS 技術(shù)應(yīng)用效果保障的有效措施

4.1 完善基礎(chǔ)設(shè)施，加強(qiáng)信息化建設(shè)

林業(yè)調(diào)查規(guī)劃工作中無人機(jī)航拍及ArcGIS 技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用，可有效提升林區(qū)信息共享效率，可為林場火災(zāi)監(jiān)控、病蟲害檢測防治、植保實(shí)施及森林資源現(xiàn)狀調(diào)查等各方面工作開展提供技術(shù)支持，具備十分顯著的技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢。同時(shí)，這兩項(xiàng)技術(shù)在森林資源調(diào)查實(shí)踐中應(yīng)用，也可協(xié)調(diào)開展森林資源管理及林業(yè)可持續(xù)化經(jīng)營兩項(xiàng)工作，可提高對林場情況掌控的精準(zhǔn)度。為確保這些工作成果的有效展現(xiàn)，林場需要以自身業(yè)務(wù)需求為基礎(chǔ)，完善配備無人機(jī)航拍及ArcGIS 技術(shù)應(yīng)用所必須的各項(xiàng)設(shè)備及設(shè)施，需要采購高清晰度相機(jī)，配備高光譜成像儀，且要準(zhǔn)備激光雷達(dá)等設(shè)備，以便于可精準(zhǔn)獲取林木三維點(diǎn)數(shù)據(jù)信息，為林種與分布范圍信息的準(zhǔn)確獲取提供支持。與此同時(shí)，林場還要加快信息化建設(shè)進(jìn)程，投入充足的建設(shè)經(jīng)費(fèi)，用于完善構(gòu)建基礎(chǔ)設(shè)施，進(jìn)而確保無人機(jī)航拍及ArcGIS 技術(shù)應(yīng)用需求可得到有效滿足，進(jìn)而為林場森林資源管理工作全面與高效落實(shí)奠定技術(shù)基礎(chǔ)，為林場創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。

4.2 嚴(yán)格控制技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量，提高數(shù)據(jù)信息精準(zhǔn)性與完整性

為保證林場管理工作的高質(zhì)效開展，需要加強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量控制，確保實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的全面化、準(zhǔn)確性收集，以便于為林業(yè)管理工作開展提供充足的技術(shù)支持。為此，需要以林業(yè)管理工作需求為依據(jù)，強(qiáng)化對技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量的控制力度。一方面，需要結(jié)合林業(yè)管理工作的實(shí)際需求，科學(xué)制定無人機(jī)航拍技術(shù)及ArcGIS 技術(shù)應(yīng)用管理方案，在此方案指導(dǎo)下確保技術(shù)應(yīng)用管理工作順暢與規(guī)范開展。要求所有日常作業(yè)，均以此工作方案為依據(jù)實(shí)施。另一方面，需要加強(qiáng)無人機(jī)航拍操控者、資料收集人員的業(yè)務(wù)技能培訓(xùn)，確保其能明確新型技術(shù)及方法的操作要點(diǎn)，防止因工作人員操控技能不足影響技術(shù)應(yīng)用效果，基于操控人員技能強(qiáng)化為林場調(diào)查規(guī)劃工作質(zhì)量提升奠定技術(shù)基礎(chǔ)。此外，還要確保技術(shù)應(yīng)用成果的科學(xué)與高效利用，將利用無人機(jī)航拍技術(shù)及ArcGIS 技術(shù)所獲取到的數(shù)據(jù)信息有效應(yīng)用于林場日常經(jīng)營管理過程當(dāng)中，并為林場的規(guī)劃建設(shè)奠定基礎(chǔ)。通過高質(zhì)量的信息數(shù)據(jù)獲取，保障林業(yè)管理工作的高質(zhì)效開展，驅(qū)動(dòng)林場的長效性與穩(wěn)定性發(fā)展，進(jìn)而提高林場的價(jià)值效益。

4.3 加強(qiáng)技術(shù)優(yōu)化升級，確保技術(shù)潛在價(jià)值有效發(fā)揮

雖然當(dāng)前林業(yè)調(diào)查規(guī)劃中無人機(jī)航拍與ArcGIS 技術(shù)展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用價(jià)值，但其價(jià)值發(fā)揮尚有一定空間。主要是由于基層工作領(lǐng)域的技術(shù)配置不高、資金不夠充足、技術(shù)人員素質(zhì)能力有限所致，因而需要通過技術(shù)的優(yōu)化升級，促進(jìn)林業(yè)調(diào)查規(guī)劃工作中這兩項(xiàng)技術(shù)的深化應(yīng)用。林場管理實(shí)踐中，需要立足林業(yè)調(diào)查規(guī)劃工作的具體需求，引進(jìn)適合的技術(shù)及裝備，為林業(yè)調(diào)查規(guī)劃任務(wù)的順暢完成做足準(zhǔn)備，且需要盡可能降低技術(shù)應(yīng)用成本，以便于減輕基層林場應(yīng)用無人機(jī)航拍與ArcGIS技術(shù)的成本壓力。同時(shí)，還應(yīng)加快技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，針對當(dāng)前技術(shù)應(yīng)用過程中的薄弱之處及缺陷問題，制定先行性的整改與完善措施，進(jìn)而為林業(yè)調(diào)查規(guī)劃工作中無人機(jī)航拍與ArcGIS 技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用提供保障。此外，還需要集合技術(shù)人員的智慧及能力，深入研究與創(chuàng)新無人機(jī)航拍與ArcGIS 技術(shù)，加快技術(shù)升級與優(yōu)化步伐，實(shí)現(xiàn)技術(shù)潛在應(yīng)用價(jià)值的深入挖掘，以便于通過這兩項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢的最大化展現(xiàn)，確保林業(yè)調(diào)查規(guī)劃工作的高效、優(yōu)質(zhì)與順暢開展。

5 結(jié)束語

無人機(jī)航拍、ArcGIS 兩項(xiàng)技術(shù)是林業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中利于驅(qū)動(dòng)林業(yè)調(diào)查設(shè)計(jì)工作成效提升的關(guān)鍵技術(shù)。可在森林資源現(xiàn)狀調(diào)查、林業(yè)執(zhí)法、森林火災(zāi)監(jiān)控及病蟲害監(jiān)測防治多個(gè)方面起到顯著的促進(jìn)作用，可有效化解以往利用衛(wèi)星遙感技術(shù)及ArcGIS 技術(shù)之時(shí)存在的信息更新不及時(shí)、圖像分辨率低、立體觀察效果不理想、應(yīng)用成本高、定位不精準(zhǔn)及危險(xiǎn)隱患大等問題，可有效提高林業(yè)調(diào)查結(jié)果精度。林業(yè)調(diào)查規(guī)劃工作中，需要完善基礎(chǔ)設(shè)施、加強(qiáng)信息化建設(shè)、嚴(yán)格控制技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量、提高數(shù)據(jù)信息精準(zhǔn)性與完整性、加強(qiáng)技術(shù)優(yōu)化升級，以及確保技術(shù)潛在價(jià)值有效發(fā)揮，保障無人機(jī)航拍與ArcGIS 技術(shù)高效利用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)林業(yè)管理工作的高質(zhì)效開展。